Odkrycie polskich naukowców dotyczące kości gadów triasowych
Interdyscyplinarny zespół naukowców opisał na łamach prestiżowego magazynu naukowego „PLOS One” skamieniałe naczynia krwionośne z zachowanymi chemicznymi śladami białek w kościach gadów triasowych mających prawie ćwierć miliarda lat. Zespół tworzą naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego, Uniwersytetu Jagiellońskiego, Polskiej Akademii Nauk oraz Parku Nauki i Ewolucji Człowieka w Krasiejowie
Skamieniałe naczynia krwionośne zachowały się dzięki szybkiej mineralizacji tlenkami żelaza. Proces ten musiał być bardzo szybki, co umożliwiło przestrzenne zachowanie się tych struktur. Omawiane naczynia tworzą gęstą sieć w obrębie badanych kości gadów triasowych. Odkrycia dokonano w kościach gadów ziemnowodnych i lądowych – notozaura i tanystrofa.
Szczątki, z których pochodził materiał badawczy, zostały znalezione w Gogolinie na Opolszczyźnie, oraz w dzielnicy Miasteczka Śląskiego – Żyglinie, niedaleko Tarnowskich Gór. Nietypowy stan zachowania kości zwrócił uwagę mgr Dawida Surmika, współautora badań już lata temu. Podczas swoich studiów nad kośćmi gadów triasowych, które realizuje w ramach pracy doktorskiej, zidentyfikował pod mikroskopem tkwiące w kościach, dziwne struktury. Bardzo szybko okazało się, że to skamieniałe naczynia krwionośne, co potwierdzili inni badacze. Znalezione prehistoryczne naczynia krwionośne wypreparowano z kości, stosując dedykowane procedury chemiczne.
W nauce największą trudność sprawia postawienie właściwego pytania. Ale kiedy go sprecyzujemy wiemy, w którą stronę mają pójść badania. Postawione pytanie brzmiało: czy w skamieniałych naczyniach zachowało się coś jeszcze?
Tradycyjna paleontologia skupia się zazwyczaj na anatomii i morfologii opisywanych znalezisk. Nowoczesna paleontologia woli jednak zajmować się nie tylko wyglądem kopalnych zwierząt, ale także tym, jak żyły i dlaczego się zachowały. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że szczątki kręgowców zachowują się w stanie kopalnym unikalnie. Przyczyn jest wiele, najczęstszą z nich jest to, iż martwe ciała stają się atrakcją dla padlinożerców poszukujących jedzenia (tłuszczu i białka zawartego w kościach) oraz inny biokomponentów np. fosforu. O ile nawet pozostałe szczątki nie zostaną całkowicie zjedzone, to warunki atmosferyczne, skład chemiczny osadu oraz historia górotworu (ruchy tektoniczne, wietrzenie) i inne zjawiska zazwyczaj doprowadzają do całkowitego zniszczenia materiału. Mimo tego półki muzealne na całym świecie uginają się pod ciężarem milionów świetnie zachowanych skamielin. O tym decyduje statystyka, która wskazuje, że nawet jeśli zjawisko jest rzadkie, to raz na wiele tysięcy zgonów zwierząt coś się zawsze zachowa. Należy zdawać sobie z tego sprawę, że typowe skamieniałości to nic innego jak zmineralizowane w wyniku procesów przyrodniczych pozostałości niegdyś żywych organizmów. Kości, skorupy i muszle są łatwe do znalezienia. Znalezienie czegoś więcej, jak zarys rozkładającego się ciała, fragmenty skóry, ścięgien, piór czy włosów należą już do ekstremalnie rzadkich przypadków i zawsze doniesienia o tym pobudzają wyobraźnię oraz zwracają uwagę świata nauki na dane znalezisko. Zachowanie się jednak składników budujących tkanki może wydawać się niewyobrażalnie skrajne. Tymczasem omawiane wyniki badań wskazują, iż materiał taki jest znacznie powszechniejszych niż ktokolwiek do tej pory uważał.
Przedstawienie tego artykułu w roku 2016 wiąże się przypadkiem z rocznicą pierwszej publikacji dotyczącej zachowania się struktur organicznych, jaką kiedykolwiek napisano. Pół wieku temu dokonał tego współautor omawianej publikacji oraz członek zespołu badawczego profesor Roman Pawlicki, naukowiec z Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego. W 1966 roku na łamach prestiżowego czasopisma „Nature” ukazała się publikacja profesora Pawlickiego przedstawiająca świetnie zachowane, skamieniałe tkanki miękkie (włókna kolagenowe, naczynia krwionośne i komórki kostne) znalezione w kościach dinozaurów pochodzących z osadów lądowych sprzed 80 milionów lat. Kości te należały do dinozaurów odkrytych przez polsko-mongolską wyprawę paleontologiczną na pustynię Gobi (Mongolia).
W pewnym sensie mijają trzy pokolenia badaczy, którzy kontynuują dziedzictwo naukowe profesora Pawlickiego, który nadal jest aktywny w tej dziedzinie – tafonomii molekularnej. Okazuje się, że w ścianach naczyń krwionośnych pochodzących z ciał gadów triasowych, odkrytych na Śląsku zachował się także kolagen, ale trzykrotnie starszy od opisywanego przez prof. Pawlickiego, co zostało potwierdzone kilkoma uzupełniającymi się metodami analitycznymi.
Paleontolodzy (mgr Dawid Surmik, dr Andrzej Boczarowski) nie byliby w stanie wykonać tak skomplikowanych badań na materiale kopalnym, gdyby nie współpraca z fachowcami innych dziedzin – fizyków ciała stałego (prof. dr hab. Jacek Szade, dr Katarzyna Balin); fizyka molekularnego (dr Mateusz Dulski); biogeologa (dr hab. Barbara Kremer) oraz histologa i morfologa (prof. Roman Pawlicki).
Rozpoczęcie badań z zakresu tafonomii molekularnej kręgowców zbiegło się z momentem otwarcia bardzo nowoczesnego i doskonale wyposażonego w najnowszy sprzęt analityczny Śląskiego Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych w Chorzowie.
Analizy materiału prowadzono kilkoma uzupełniającymi się metodami, używając w tym celu analiz z środowiskowego mikroskopu skaningowego (ESEM), spektroskopii w podczerwieni (FTIR) oraz rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej (XPS). Wykorzystano także wysokorozdzielczy spektrometr mas jonów wtórnych z analizą czasu przelotu (ToF-SIMS), którzy umożliwia bardzo precyzyjne określenie składu chemicznego analizowanych próbek. Było to pierwsze w Polsce wykorzystanie takich urządzeń w badaniach próbek kopalnych jednocześnie.
Wyniki badań ujawniły między innymi obecność fragmentów aminokwasów, a w szczególności hydroksyproliny i hydroksylizyny, typowych składników kolagenu zwierzęcego.
Autorzy pracy powołują się na eksperymenty innych naukowców, którzy badają procesy rozkładu na współczesnym materiale oraz porównują rezultaty z tym co spotykamy w stanie kopalnym. Wnioski są zaskakujące, aczkolwiek jednoznaczne. Proces fosylizacji zachodzi w mikroskali od razu po śmierci, na wczesnych etapach degradacji biologicznej tkanek, dzięki temu podczas szybkiego pogrzebania w osadzie i w sprzyjających warunkach środowiskowych mogą zachować się w różnym stopniu tkanki miękkie, jak i pozostałości składników biochemicznych bez względu na wiek znaleziska.
Doniesienia o odkryciach pierwotnej materii organicznej w kopalnych kościach są często kwestionowane. Autorzy rozwiązań alternatywnych spekulują możliwość zanieczyszczenia próbek na etapie przechowywania i preparacji, jak również pochodzenie materii organicznej w skutek aktywności bakterii i grzybów, rozkładających szczątki organiczne.
Jednak eksperymenty i badania dowodzą, że procesy rozkładu bakteryjnego są ograniczone do przypowierzchniowych warstw kości, gdzie materia organiczna jest najbardziej wyeksponowana.
Co istotne, próbki, które były poddane analizom mają udokumentowaną historię przechowywania i nigdy nie były traktowane odczynnikami organicznymi, takimi jak kleje, które mogą zafałszować uzyskane wyniki lub zostały wypreparowane ze skał przez członków zespołu. Dokładna analiza elektromikroskopowa nie wykazała śladów mikroorganizmów w postaci tzw. biofilmów, strzępek grzybni i innych podobnych struktur. Co więcej, próbki wykorzystane w analizie pochodziły z najbardziej zbitej, i co za tym idzie najmniej podatnej na zanieczyszczenia i inwazję bakteryjną wewnętrznej warstwy korowej kości.
Opisana na łamach „PLOS One” kopalna organika białkowa w kościach jest w tej chwili najstarszą zidentyfikowaną na świecie. Badania naukowe zostały sfinansowane ze środków projektu badawczego Narodowego Centrum Nauki.
Artykuł pt. „Spectroscopic Studies on Organic Matter from Triassic Reptile Bones, Upper Silesia, Poland” (plik pdf)
